Interpretazione delle immagini SAR: interazione delle onde em con la superficieIl segnale radar viene riflessoriflesso, diffusodiffuso, assorbitoassorbito e trasmessotrasmesso(rifratto).

La riflessione è originata da materiali con alta εεεε (di solito elevato contenuto d’acqua)

Interpretazione delle immagini SAR: interazione delle onde em con la superficiePixel scuro ⇒⇒⇒⇒ backscatter basso

Pixel chiaro ⇒⇒⇒⇒ backscatter alto

Il backscatter di un target ad una particolare λλλλ varia per diverse cause:

• Dimensioni degli scatteratori all’interno del target

• Contenuto d’acqua

• Polarizzazione dell’onda incidente e angolo di osservazione

Vegetazione: è di solito piuttosto rugosa per le usuali freq. radar ⇒⇒⇒⇒ appare chiara

Superficie inclinata verso il radar ⇒⇒⇒⇒ appare molto chiara

Superficie non illuminata dal radar (in ombra) ⇒⇒⇒⇒ appare scura

Edifici disposti in modo da provocare il “double bounce” ⇒⇒⇒⇒ appaiono molto chiari

Strade e ferrovie (superfici piatte) ⇒⇒⇒⇒ appaiono scuri

Missioni SAR• SAR su piattaforma aerea (AIRSAR): campagne per

testare l’applicabilità del SAR a problemi di telerilevamento

• SAR su piattaforma satellitare :

ERS-1: primo satellite europeo per telerilevamento con SAR gestito dall’ESA. La missione continua con l’ERS-2.

JERS-1: gestito dal Giappone

RADARSAT: gestito dal Canada.

Space Shuttle: missioni SAR a breve termine (NASA).

C/X-SARC/X-SAR fornisce immagini di tutte le classi di terreno, mare, ghiaccio.

Monitoraggio di:

• RISORSE NATURALI (agricoltura, geologia, studio di foreste)

• VARIAZIONI TEMPORALI (crescite urbane, ghiacci marini e iceberg, correnti e onde oceaniche, navigazione e pesca)

• DISASTRI (fuoriuscite di petrolio, inondazioni, incendi, desertificazioni).

CCRS C/X SAR Geometria delle misure

C-band X-band Frequenza 5.30 GHz 9.25 GHz Lungh. d’onda 5.66 cm 3.24 cm Potenza TX 16, 1 kW 6 kW

Il radar può operare, con grande flessibilità, secondo una delle tre geometrie (o modi):

SIR-C/X-SAR Spaceborne Imaging Radar-C/X-band Synthetic Aperture Radar

PARAMETER L-BAND C-BAND X-BAND Wavelength 0.235 m 0.058 m 0.031 m Swath Width 15 to 90 km 15 to 90 km 15 to 40 km Pulse Length 33.8, 16.9, 8.5 us 33.8, 16.9, 8.5 us 40 us

SYSTEM PARAMETERS:

Orbital Altitude: 225 km

Resolution: ~ 30 x 30 m on the surface

Look Angle Range: 17° to 63° from nadir

Bandwidth: 10, 20 and 40 MHz

Pulse Repetition Rate:1395 to 1736 pulses/sec

A bordo dello Space Shuttle (NASA) nel 1994

ERS-1: applicazioniClassificazione di superfici agricole

RADARSAT: applicazioni Radarsat-1: dal 1995

Radarsat-2: dal 2003

Individuazione di sversamenti di petrolio

Ontario, 19 January 1996. Agricultural fields (A and B), Ottawa International Airport (C), Ottawa River (D), city of Ottawa (E), ARC (Active Radar Calibration) (F)

Mappe di coperture nevose

The aluminium corner reflector, on the right, acts as a passive device to assist in scene calibration. On the left is an ARC, an active device which receives the radar pulses, amplifies them, and returns them to the aircraft. The result is a bright, distinctive target on the radar imagery. The know brightness value can be used to calibrate the brightness levels of other features in the scene.

Wales, United Kingdom, February 22, 1996

Oil spill (A), Tywi River (B), currents in Carmarthen Bay (C), less concentrated oil spill (D), city of Milford Haven (E), refinery wharves (F).

Range Resolution:

26m Azimuth Resolution:

27m

Display Pixel Spacing: 78m Image Area: 70 x 90km

RADARSAT: applicazioni Radarsat-1: dal 1995

Radarsat-2: dal 2003

Red River, Canada, Spring 1996Smooth, standing water appearing very dark (A), standing water under trees or bushes (corner reflection) appearing very bright (B), town of Morris (C).

Individuazione di inondazioni Gestione foreste

Whitecourt, Canada, 5 March, 1996The dark areas on the image are clearcuts (A) which contrast with the untouched Boreal forest, pumpingstation with gas pipelines (B), very steep sided valley (C), access roads (D).

Interferometria SAR

ApplicazioniApplicazioni: individuazione cambiamenti della superficie (topografia, sismologia, vulcanologia, …), generazione di DEM (Digital Elevation Maps) del terreno.

AccuratezzeAccuratezze: ordine dei mm per le stime dei cambiamenti delle superfici, ordine dei m per le altezze topografiche

UtilizzoUtilizzo: sia di giorno che di notte in qualsiasi condizione meteo.

Principi di funzionamentoPrincipi di funzionamento: utilizzo delle informazioni di fase contenute nei dati SAR (sistema coerente).

Se un oggetto, nella stessa locazionenella stessa locazione, mostra differenze di fasedifferenze di fase nel segnale retrodiffuso in due istanti di tempo differentiin due istanti di tempo differenti ⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒⇒ ll’’oggetto si oggetto si èè spostatospostato

La differenza di fasedifferenza di fase ottenuta quando un oggetto è osservato da due punti differenti è usata per determinare l’altezza dell’oggetto.

Interferometria SARStima di altezze A1 e A2: antenne diverse che puntano

simultaneamente alla stessa superficie A1=Tx e Rx A2=Rx

B= vettore di baseline

h= altezza di A1 rispetto ad una superficie di riferimento

θθθθ= look angle

z(y)=h-ρρρρcosθθθθ

δφδφδφδφ=differenza di fase

δρδρδρδρ = δφδφδφδφ λλλλ/2ππππ

⇒"phase unwrapping”= tecnica per risolvere il numero intero di λλλλ e ottenere il valore assoluto del range δρδρδρδρ.

⇒ z(y) = h - {[(δφδφδφδφ λλλλ/2ππππ)2 - B 2 ] /2Bsin (αααα - θθθθ ) - (δφδφδφδφ λλλλ/2ππππ)}cosθθθθ

Altezze accurate (mm): uso del GPSAltezze accurate (mm): uso del GPS

Interferometria SARStima di cambiamenti della superficie

A1 e A2: stessa antenna in due istanti di tempo successivi ⇒ A1= A2 = Tx e Rx

Confronto pixel a pixel su due immagini SAR successiveConfronto pixel a pixel su due immagini SAR successive

δρδρδρδρ = δφδφδφδφ λλλλ/4ππππ (doppio percorso)

Misure accurate richiedonoMisure accurate richiedono: - conoscenza a priori della topografia

- conoscenza precisa della posizione dell’antenna

Problemi:Problemi:- decorrelazione temporale tra le immagini (vento)

- effetti atmosferici (variazione dell’indice di rifrazione)

Interferometria SARFase 1:Fase 1:

Interferogramma (immagine risultante dalla differenza delle fasiInterferogramma (immagine risultante dalla differenza delle fasi tra due osservazioni)tra due osservazioni): è definito come il prodotto tra i valori (complessi) della seconda immagine e i valori complessi coniugati della prima. Fase 2:Fase 2:

phase unwrappingphase unwrapping

Frange di interferenza: cicli di colore relativi alla differenza di fase ⇒ una frangia rappresenta un cambiamento di λλλλ/2 nel range (direz. radar).

ERS-1: f=5.3 GHz ⇒ λλλλ=5.6 cm

⇒ frangia=λλλλ/2=28 mm

Interferometria SAR

Spostamento dovuto ad un terremoto Spostamento dovuto ad un terremoto (Turchia, 1 Ottobre 1995).(Turchia, 1 Ottobre 1995).

Interferogramma sovrapposto ad Interferogramma sovrapposto ad immagine Landsat TMimmagine Landsat TM

Frange rosse=alto livello di spostam.Frange gialle=medio livello di spostam.Frange verdi=basso livello di spostam.

Massimo spostamento in corrispondenza dell’epicentro corrisponde a oltre 50 cm.

ERS-1: ⇒ λλλλ=5.6 cm ⇒